Эволюция: Триумф идеи - Карл Циммер

В середине 1990-х гг. группа геологов из Австралийского национального университета под началом Йохена Брокса пробурила скважину в древних сланцах северо-западной Австралии на глубину 700 м и добралась до формаций, возраст которых при помощи ураново-свинцового метода был определен в 2,7 млрд лет. В толще сланцев геологи обнаружили микроскопические следы нефти с содержанием стеринов. Поскольку из всех земных организмов только эукариоты способны производить эти молекулы, команда Брокса сделала вывод: эукариоты — вероятно, простые амебоподобные существа — появились не позже 2,7 млн лет назад.

Еще миллиард лет или около того эукариоты оставались микроскопическими, наподобие бактерий. Но примерно 1,8 млрд лет назад появляются первые окаменелости многоклеточных организмов в виде таинственных спиралей около двух сантиметров длиной. Возраст древнейших узнаваемых многоклеточных организмов — красных водорослей — составляет 1,2 млрд лет. Наша ветвь многоклеточных — животные — оставила для нас первые окаменелости лишь 575 млн лет назад. Причем «животные» — это достаточно вольное определение для существ, оставивших эти следы. Среди них есть диски с трехлучевыми выступами, напоминающие монеты какой-то неведомой империи. Есть «листья» с рядами узких прорезей; под водой они, должно быть, выглядели как некие фантастические жалюзи. На дне древних морей встречаются ребристые отпечатки, формой напоминающие отпечатки гигантского большого пальца.

Эти существа известны как эдиакарская фауна (название происходит от Эдиакарской возвышенности в Австралии, где представители этой фауны найдены во множестве). В прошлом палеонтологи пытались классифицировать их как растения, лишайники или даже какой-то неизвестный нам тип многоклеточных, оказавшийся тупиковой ветвью эволюции. Сегодня многие специалисты считают, что по крайней мере некоторые из этих организмов являются древними родичами основных групп (называемых типами) современных животных. Не исключено, что некоторые из окаменелостей находятся в родстве с медузами[3]. Гигантский отпечаток пальца на самом деле может оказаться ближе к аннелидам, или кольчатым червям, — группе, в которую входят земляной червь и пиявка. «Листья» могут быть морскими перьями, которые и сегодня живут на коралловых рифах. Тем не менее многие эдиакарские жители еще ждут тех, кто пожелал бы их определить. К примеру, никто пока не рискнул взяться за «монеты».

Среди подобных эдиакарских окаменелостей присутствуют и следы «перспективных моделей» животного царства. В скалах, возраст которых составляет 550 млн лет, есть остатки червоточин и следов, которые могли быть сделаны только мускулистыми существами. Они указывают на существование сложных животных, способных активно зарываться и ползать, в противоположность закрепленным эдиакарским организмам и дрейфующим медузам. Возможно, у этих таинственных животных уже развились многие признаки сложных животных, такие как мускульная стенка или кишка. У примитивных животных, таких как медуза, этих структур нет, а у таких животных, как насекомые, плоские черви, морские звезды или люди, есть. Разница в том, как формируются их зародыши. Тело медузы формируется из двух зародышевых слоев. У других животных три слоя: эктодерма, из которой в конечном итоге развиваются кожа и нервы; мезодерма, из которой формируются мышцы, кости и многие внутренние органы; и эндодерма, из которой строится кишечник. Считается, что именно эти трехслойные организмы 550 млн лет назад оставили после себя червоточины и следы, но до сих пор окаменевшие остатки этих существ не обнаружены.

В 1998 г. в процессе поиска ранних трехслойных организмов палеонтологи совершили одно многообещающее открытие: были обнаружены докембрийские зародыши. Группа американских и китайских исследователей нашла скопление мелких окаменелостей возрастом 570 млн лет. Среди них есть одноклеточные оплодотворенные яйца. Некоторые яйца находились на первой стадии деления и представляют собой двухклеточный шарик. В некоторых уже четыре клетки, в некоторых — восемь, шестнадцать и т. д. Палеонтологи представления не имеют, что именно выросло бы из этих зародышей, но, судя по размерам и схеме деления, лучше всего на эту роль подходят трехслойные организмы.

К началу кембрийского периода, около 530 лет назад[4], эдиакарские организмы пришли в упадок и исчезли. В это же время появляется множество окаменелостей трехслойных организмов. Среди них уже можно обнаружить первых животных, явно родственных многим живущим сегодня группам. Наш собственный тип, к примеру, представлен здесь фоссилизованными остатками существ, внешне похожих на миногу и миксина; практически это воплощенный архетип позвоночных Оуэна.

Внешность новобранцев из других типов еще более экстравагантна. Так, родич сегодняшних моллюсков выглядел как подушечка для иголок, утыканная наконечниками стрел. Сегодняшних плеченогих, или брахиопод, представляла Halkieria, которая напоминала бронированного слизня. Opabinia имела пять глаз, торчавших из головы, подобно грибам, и рыхлила морское дно хоботком с раздвоенным рыльцем; им же она могла схватить и отправить в рот жертву. Похоже, Opabinia была древним родичем сегодняшних членистоногих. Некоторые типы, сегодня существующие в жалкой безвестности — к примеру, онихофоры или сипункулиды, — процветали во время кембрийского взрыва в таком разнообразии, какого позже им никогда не удавалось достичь.

Опасение Дарвина по поводу кембрийского периода оказалось беспочвенным. Теперь, когда исследователи научились считывать показания изотопных часов и распознавать молекулярные ископаемые, им удалось показать, что за миллиарды лет до кембрия в мире действительно кипела жизнь, как и предполагал Дарвин. Докембрий вовсе не был таинственным прологом к эволюции; на самом деле на него приходится 85% истории жизни. А у палеонтологов сегодня имеется замечательная коллекция докембрийских окаменелостей, включая окаменелости ископаемых бактерий, простейших, водорослей, эдиакарских организмов, сверлильщиков и зародышей животных. Но нет никаких сомнений в том, что кембрийский период, история которого известна по окаменелостям гораздо лучше, представляет собой самый замечательный эпизод эволюции животных. Как бы долго животные ни таились в океане до этого, ясно, что 535 млн лет назад видообразование среди них резко ускорилось и приняло поистине взрывной характер. Точное ураново-свинцовое датирование позволило ученым определить, что весь кембрийский взрыв продолжался всего лишь 10 млн лет.

Кембрийский взрыв полностью проходил под водой[5]. В тот момент, когда появлялись все эти новые существа, континенты еще были пусты, лишь покрыты бактериальными корками. Но оставалось уже недолгое время — по геологическим, конечно, меркам — до того, как на эти берега должна была выплеснуться многоклеточная жизнь. Первыми были растения. Около 500 млн лет назад зеленые водоросли постепенно развили у себя водонепроницаемую оболочку, которая позволила им проводить на воздухе без воды все больше и больше времени. Вероятно, первые наземные растения выглядели как сегодняшние мхи и печеночники; они образовали по берегам рек и морей низкий насыщенный влагой ковер. Около 450 млн лет назад эту новую экосистему начали исследовать многоножки и другие беспозвоночные. Появились новые виды растений, способные поддерживать себя в вертикальном положении, и уже 360 млн лет назад деревья на суше вырастали до 20 метров в высоту. В какой-то момент из прибрежных топей выползли и наши предки — первые позвоночные, способные передвигаться по суше.

В истории жизни на Земле выход живых существ на сушу и вся наземная часть эволюции выглядит небольшим и не очень существенным отрезком. Девять десятых нашей эволюции составляет ее подводная часть. Но с нашей точки зрения последние несколько сотен миллионов лет на суше — самая интересная часть эволюции. Окаменелости древнейших наземных позвоночных показывают, что около 320 млн лет назад они разделились на две ветви. Одна из ветвей — амфибии — поначалу произвела на свет некоторое количество неуклюжих гигантов, но сегодня представлена лишь лягушками, саламандрами и другими мелкими существами. Как правило, они должны всегда оставаться влажными и откладывают мягкие яйца, которые могут легко высохнуть. Другая ветвь — амниоты, или высшие позвоночные, — получила в процессе эволюции прочную водонепроницаемую оболочку для зародыша. Из амниотов около 250 млн лет назад выделились динозавры; они завоевали господство на суше и сохраняли его, пока большинство ветвей динозавров не вымерло (уцелели только птицы, которые на самом деле представляют собой летающих динозавров с перьями) примерно 65 млн лет назад. Хотя первые млекопитающие появились почти одновременно с первыми динозаврами, господство на суше они получили только тогда, когда вымерли их соперники-рептилии. Наши предки — приматы — вероятно, появились примерно в этот же момент, но самые древние ископаемые Homo sapiens обнаружены в геологических пластах, образованных лишь 600 000 лет назад. Все люди, живущие сегодня на Земле, могут проследить свою родословную до общего предка, жившего всего лишь 150 000 лет назад.